特許 7368207 フラックススイッチングモータ、ファンモータ、およびスティック型の掃除機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-16

(45)【発行日】2023-10-24

(54)【発明の名称】フラックススイッチングモータ、ファンモータ、およびスティック型の掃除機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/17 20060101AFI20231017BHJP

   H02K 19/10 20060101ALI20231017BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20231017BHJP

【ＦＩ】

H02K1/17

H02K19/10 A

H02K7/14 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019222922

(22)【出願日】2019-12-10

(65)【公開番号】P2021093823

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 昌亨

(72)【発明者】

【氏名】吉田 実

(72)【発明者】

【氏名】小坂 卓

(72)【発明者】

【氏名】加藤 諒

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特許第５７９１７１３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００１－３０９６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１５０７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００６２２６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２７８６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１８６６１５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／１７

Ｈ０２Ｋ １９／１０

Ｈ０２Ｋ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フラックススイッチングモータであって、
シャフトに固定されるボス部、および、マグネットを有さずに前記ボス部から放射状に突出する複数の突極部を有し、前記シャフトと共に一方向にのみ回転するロータと、
環状のバックヨーク部から前記ロータに向かって放射状に突出する複数のティース部を有し、前記ロータの周囲にエアギャップを隔てて配置されるステータと、
を備え、
前記ステータは、
前記ティース部の各々の間に設けられた空間からなり、周方向に等間隔で並ぶ複数の電機子スロットと、
前記ティース部の各々の側部を構成する一対の対向コア部の間に設けられた空間からなり、周方向に等間隔で並ぶ複数の界磁スロットと、
同じ磁極面が周方向に対向するように前記界磁スロットの各々に嵌入された複数のステータマグネットと、
前記電機子スロットを通じて前記ティース部の各々に巻回して形成された複数のコイルと、
を有し、
前記突極部の突端における２つの隅部のうち、反回転方向側に位置している隅部には、反回転方向側に向かって前記エアギャップを漸増させる曲面部が形成され、
前記一対の対向コア部の両突端における４つの隅部のうち、前記界磁スロットに臨んで回転方向側に位置している隅部を除く、前記電機子スロットに臨んで回転方向側および反回転方向側に位置している各隅部、並びに、前記界磁スロットに臨んで反回転方向側に位置している隅部の３箇所に、周方向に突出する鍔部が設けられている、フラックススイッチングモータ。

【請求項2】

請求項１に記載のフラックススイッチングモータにおいて、
前記ステータマグネットは、その径方向内側の端部よりも径方向外側の端部の方が周方向に幅広く形成されている、フラックススイッチングモータ。

【請求項3】

請求項２に記載のフラックススイッチングモータにおいて、
前記ステータマグネットの径方向内側の端部は、前記一対の対向コア部の突端よりも径方向外側に位置している、フラックススイッチングモータ。

【請求項4】

請求項１～請求項３のいずれか１つに記載のフラックススイッチングモータにおいて、
前記ステータマグネットの各々に、樹脂成分を４０ｖｏｌ．％以上含む、異方性のＳｍ－Ｆｅ－Ｎボンド磁石が用いられている、フラックススイッチングモータ。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１つに記載のフラックススイッチングモータにおいて、
外径が１００ｍｍ以下、かつ全高が５０ｍｍ以下である、フラックススイッチングモータ。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１つに記載のフラックススイッチングモータにおいて、
前記突極部の個数、および、前記突極部の個数と前記電機子スロットの個数との差、の双方が偶数とされている、フラックススイッチングモータ。

【請求項7】

ファンモータであって、
インペラと、
前記インペラを回転させる駆動モータと、
を備え、
前記駆動モータに、請求項１～６のいずれか１つに記載されている前記フラックススイッチングモータが用いられている、ファンモータ。

【請求項8】

請求項７に記載のファンモータにおいて、
吸込仕事率が２５０Ｗ以上である、ファンモータ。

【請求項9】

スティック型の掃除機であって、
バッテリーで駆動するファンモータに、請求項８に記載されている前記ファンモータが用いられている、スティック型の掃除機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示する技術は、フラックススイッチングモータ、ファンモータ、およびスティック型の掃除機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、掃除機本体、ホース、電気コードなどが省略された、いわゆるスティック型の掃除機が注目されている。スティック型の掃除機では、小型のファンを高速で回転させて高い吸引力を発生させる必要がある。そのため、ある程度のトルクを確保しながら、小型軽量で、５００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転、さらには１０００００ｒ／ｍｉｎ以上の超高速回転が実現できるモータが求められている。

【0003】

ロータが、マグネットを有さずに鋼板のみで構成されていて、ステータのコイルに通電することで、ロータがステータに引き寄せられて回転する、スイッチドリラクタンスモータ（ＳＲモータ）がある。ＳＲモータは、ロータにマグネットが組み付けられている永久磁石型モータと比べると、ロータを高速回転させても、マグネットが外れて破損するおそれが無い。

【0004】

しかし、ＳＲモータを高出力にするには、コイルを構成している電線の巻数の増加や断面積の拡大が必要になる。そのため、ＳＲモータの小型軽量化、高出力化は難しい。

【0005】

ロータがマグネットを有していないモータにはまた、コイルと共に、複数のマグネットを、ステータに特定の構成で設置したフラックススイッチングモータがある（例えば、特許文献１～３）。

【0006】

フラックススイッチングモータは、ステータに配置されたマグネットから流れる磁束によって励磁されるロータのティースと、ステータに配置されたコイルによって励磁されるステータのティースとが、互いに引き寄せあう力で回転するモータである。磁力による吸引力は、ＳＲモータよりも強いので、フラックススイッチングモータは小型軽量化、高出力化するのに好適である。

【0007】

モータの高出力化、低振動化を図るために、ロータやステータのティース（突極）の突端に、鍔状の突出部を設けることは、これらのモータでも行われている。

【0008】

例えば、特許文献３のフラックススイッチングモータでは、ステータのティースのうち、電機子スロット側の突端に、電機子スロットに向かって突出するツバ部２１１ｃが形成されている。

【0009】

特許文献４には、ステータのティース突端のうち、その周方向の両側に、または、その周方向のロータ回転方向側にのみ、突出部を形成したＳＲモータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２００２－１９９６７９号公報

【文献】特許第５７９１７１３号公報

【文献】特開２０１８－１０２１２２号公報

【文献】特開２００１－３０９６２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明者らは、スティック型の掃除機向けに、小型軽量で高出力なフラックススイッチングモータの開発を行っており、これまでも様々な提案をしている（例えば、特願２０１９－０７１１７０、特願２０１９－０７９５７５）。

【0012】

本発明者らは、更なる小型軽量化、高出力化とともに、低振動化も図るべく、ロータやステータのティースの突端に突出部を設けることについて検討した。ところが、フラックススイッチングモータの場合、ステータに配置されているマグネットからロータのティース突端に磁束が流れるので、高出力化と低振動化とを両立させることは容易でない。

【0013】

そこで、開示する技術の主たる目的は、小型軽量化、高出力化の向上と共に、低振動化も可能になるフラックススイッチングモータを実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

開示する技術は、フラックススイッチングモータに関する。

【0015】

前記フラックススイッチングモータは、シャフトに固定されるボス部、および、マグネットを有さずに前記ボス部から放射状に突出する複数の突極部を有し、前記シャフトと共に一方向にのみ回転するロータと、環状のバックヨーク部から前記ロータに向かって放射状に突出する複数のティース部を有し、前記ロータの周囲にエアギャップを隔てて配置されるステータと、を備える。

【0016】

前記ステータは、前記ティース部の各々の間に設けられた空間からなり、周方向に等間隔で並ぶ複数の電機子スロットと、前記ティース部の各々の側部を構成する一対の対向コア部の間に設けられた空間からなり、周方向に等間隔で並ぶ複数の界磁スロットと、同じ磁極面が周方向に対向するように前記界磁スロットの各々に嵌入された複数のステータマグネットと、前記電機子スロットを通じて前記ティース部の各々に巻回して形成された複数のコイルと、を有している。

【0017】

前記突極部の突端における２つの隅部のうち、反回転方向側に位置している隅部には、反回転方向側に向かって前記エアギャップを漸増させる曲面部が形成されている。そして、前記一対の対向コア部の両突端における４つの隅部のうち、前記界磁スロットに臨んで回転方向側に位置している隅部を除く、前記電機子スロットに臨んで回転方向側および反回転方向側に位置している各隅部、並びに、前記界磁スロットに臨んで反回転方向側に位置している隅部の３箇所に、周方向に突出する鍔部が設けられている。

【0018】

フラックススイッチングモータの場合、ステータマグネットから突極部に磁束が流れるので、高出力化と低振動化とを両立させることは難しいが、本発明者らが様々な磁気解析を行ったところ、フラックススイッチングモータでも、特定の条件を満たすことで、高出力化と低振動化とが両立できることを見出した。

【0019】

そこで、このフラックススイッチングモータは、その特定の条件、すなわち、突極部の突端における２つの隅部のうち、反回転方向側に位置している隅部に、反回転方向側に向かってエアギャップを漸増させる曲面部が形成されていること、および、一対の対向コア部の両突端における４つの隅部のうち、界磁スロットに臨んで回転方向側に位置している隅部を除く、３箇所の隅部に、周方向に突出する鍔部が設けられていること、を満たすように構成されている。

【0020】

従って、小型軽量化、高出力化の向上と共に、低振動化も可能になるフラックススイッチングモータが実現できる。

【0021】

前記フラックススイッチングモータはまた、前記ステータマグネットは、その径方向内側の端部よりも径方向外側の端部の方が周方向に幅広く形成されている、としてもよい。

【0022】

そうすれば、ステータマグネットの周方向に面する側面の表面積が相対的に大きくなるので、ステータとステータマグネットとの接触面積が増加する。その結果、ステータマグネットで発生する磁束がステータに流れ易くなるので、ロータが励磁され易くなって、より高出力化できる。

【0023】

前記フラックススイッチングモータはまた、前記ステータマグネットの径方向内側の端部は、前記一対の対向コア部の突端よりも径方向外側に位置している、としてもよい。

【0024】

そうすれば、ステータマグネットがティース部からの漏れ磁束に曝される量が減少し、不可逆減磁、つまり磁力の低下を抑制できることから、モータ出力の安定化が可能となる。また、漏れ磁束がステータマグネットを通過する際に発生する渦電流も同様に低減できることから、モータの高効率化も図れる。

【0025】

前記フラックススイッチングモータはまた、ステータマグネットの各々に、樹脂成分を４０ｖｏｌ．％以上含む、異方性のＳｍ－Ｆｅ－Ｎボンド磁石が用いられている、としてもよい。

【0026】

樹脂成分が４０容量％以上であれば、ステータマグネットを軽量にできる。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂボンド磁石よりも比重の小さいＳｍ－Ｆｅ－Ｎボンド磁石を採用することで、更に軽量にできる。そして、異方性の磁石の採用によって磁力を強めることができるため、モータの出力密度の大幅なアップが実現可能となる。更に、絶縁体である樹脂成分を多く含むマグネットの採用によって、ステータマグネットに生じる渦電流損が減少するので、樹脂量を増やしてもモータの高効率化が実現可能となる。

【0027】

前記フラックススイッチングモータはまた、外径が１００ｍｍ以下、かつ全高が５０ｍｍ以下である、としてもよい。

【0028】

すなわち、ミニサイズとすることで、その性能を効果的に活用できる。

【0029】

前記フラックススイッチングモータはまた、前記突極部の個数、および、前記突極部の個数と前記電機子スロットの個数との差、の双方が偶数とされている、としてもよい。

【0030】

そうすれば、偏心回転を抑制できるので、よりいっそう低振動化が図れる。

【0031】

上述したフラックススイッチングモータを、インペラを回転させる駆動モータに用いて、ファンモータを構成するのが好ましい。

【0032】

ファンモータであれば、所定方向に高速で回転することが求められる。フラックススイッチングモータは、その要求に合致するため、極めて効果的である。

【0033】

その場合、吸込仕事率は２５０Ｗ以上である、とするのが好ましい。

【0034】

このようなファンモータを、スティック型の掃除機に用いれば、利便性に優れた掃除機が実現可能になる。

【発明の効果】

【0035】

開示する技術によれば、小型軽量化、高出力化の向上と共に、低振動化も可能になるフラックススイッチングモータが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】開示する技術の具体的な適用事例（スティック型の掃除機）を示す概略図である。

【図2】ミニファンモータの概略斜視図である。

【図3】ミニファンモータを分解した図である。

【図4】駆動モータ（フラックススイッチングモータ）を示す概略斜視図である。

【図5】ステータを示す概略図である（コイルは省略）。

【図6】ステータコアを示す概略図である。

【図7】コイルを示す概略斜視図である。

【図8】ロータおよびステータの要部の構造を説明するための図である。

【図9】磁気解析を行った主な鍔部の設置パターンを示す図である。（ａ）は、鍔部が４箇所のパターン（比較例１）、（ｂ）は、鍔部が３箇所のパターン（実施例）、（ｃ）は、鍔部が２箇所のパターン（比較例２）

【図10】磁気解析の結果をまとめた表である。

【図11A】所定の電気角における実施例および比較例１の要部の概略コンター図である。

【図11B】所定の電気角における実施例および比較例２の要部の概略コンター図である。

【図12】駆動モータの変形例を示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

【0038】

説明で用いる上下の方向は、便宜上、図２に矢印で示す方向による。また、軸方向は回転軸Ｐが延びる方向を意味し、周方向は回転軸Ｐの周囲の方向を意味し、径方向は、回転軸Ｐを中心とする半径または直径の方向を意味する。

【0039】

＜開示する技術の適用例＞
図１に、開示する技術に好適な、スティック型の掃除機１を例示する。この掃除機１は、コードレスタイプであり、内蔵するバッテリー８の電力で駆動できるように構成されている。

【0040】

この掃除機１に、開示する技術を適用した小型のファンモータ（ミニファンモータ２）が搭載されている。掃除機１は、吸込部３、管部４、本体部５、ダストケース６、把手部７などで構成されている。

【0041】

吸込部３は、下面に吸込口３ａを有し、回動自在なローラ３ｂにより、床面に沿ってスライド自在に構成されている。管部４は、伸縮可能な細長い筒状の部材からなる。管部４は、その下端部は吸込部３に接続され、その上端部は本体部５に接続されている。管部４は、吸込口３ａと本体部５とを連通させている。

【0042】

本体部５は、管部４よりもやや大きなサイズに形成されている。本体部５に、ミニファンモータ２、バッテリー８、制御部９などが収容されている。制御部９は、ミニファンモータ２の駆動を制御する。バッテリー８は、充電可能な二次電池であり、ミニファンモータ２に電力を供給する。

【0043】

把手部７は、ユーザが把持する部分であり、本体部５と一体に設けられている。把持部は、本体部５の後側から後方に突き出すように設けられている。掃除機１は、ユーザが把持部を片手で持った状態で扱えるように構成されている。

【0044】

把持部の下側にダストケース６が設置されている。ダストケース６は、本体部５から脱着可能に構成されている。ミニファンモータ２は、ダストケース６に隣接した位置に配置されている。ミニファンモータ２は、制御部９の制御に従い、バッテリー８から供給される電力によって駆動する。ミニファンモータ２が駆動すると、強力な吸引力が形成される。それにより、吸込口３ａから吸い込まれるダストが、管部４を通ってダストケース６に集積される。

【0045】

（ミニファンモータ２）
図２にミニファンモータ２を示す。ミニファンモータ２は、ファンとモータとが一体に構成されている小型の装置である。ファンは、いわゆる遠心ファンである。回転軸Ｐを中心にインペラ２０が回転することにより、吸気口３１から空気を吸い込んで、径方向の外側に向けて空気を吐出する。

【0046】

本体部５に収容できるように、ミニファンモータ２の外径Ｄおよび全高Ｈは、非常に小さく設計されている。具体的には、外径Ｄは１００ｍｍ以下が好ましく、全高Ｈは５０ｍｍ以下が好ましい。例えば、図例のミニファンモータ２の場合、外径Ｄは略７０ｍｍ、全高Ｈは略４０ｍｍ程度の大きさ（いわゆる手のひらサイズ）である。従って、その重量も軽く、手のひらに載せても苦にならないレベルである。

【0047】

しかも、バッテリー８の電力を用いて、掃除機１として十分な性能が得られるように、高効率で高出力が得られるように構成されている。図例のミニファンモータ２の場合、６００Ｗの消費電力で、５００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転、さらには１０００００ｒ／ｍｉｎ以上の超高速回転で駆動でき、２５０Ｗ以上の吸込仕事率が得られるように構成されている。

【0048】

図２とともに、図３に分解して示すように、ミニファンモータ２は、ハウジング１０と、インペラ２０と、シュラウド３０と、基板４０と、駆動モータ５０と、を備えている。この駆動モータ５０に、開示する技術を適用したフラックススイッチングモータが用いられている。

【0049】

ハウジング１０は、第１ハウジング１０ａと第２ハウジング１０ｂとを上下に突き合わせることによって構成されている。ハウジング１０は、上下一対の環状枠と、これら環状枠を連結する複数の柱状枠とを有し、カゴ状に形成されている。そのハウジング１０の内部に、駆動モータ５０が収容されている。

【0050】

インペラ２０は、略円錐形状を有しており、ハウジング１０の上側に配置されている。インペラ２０の外周面には、複数のベーン２１が設けられている。インペラ２０は、シャフト５１の先端部に回転不能な状態で取り付けられている。

【0051】

シュラウド３０は、インペラ２０に被さるようにハウジング１０の上側に固定されている。シュラウド３０の中央部に、円形に開口した吸気口３１が形成されている。

【0052】

基板４０は、円板状の部材からなり、ハウジング１０の下側に取り付けられている。基板４０の上面および下面には、コンデンサ４１や半導体素子４２などの電機部品が設けられている。

【0053】

（駆動モータ５０）
駆動モータ５０は、シャフト５１、ロータ５２、およびステータ５３を有しており、上述したように、駆動モータ５０はフラックススイッチングモータである。

【0054】

すなわち、ステータ５３には特定の配置で複数のステータマグネット６２が設置されている。そして、ロータ５２は磁性体のみで構成されていて、これらステータマグネット６２により、ロータ５２が磁化されるように構成されている。シャフト５１は、一方向にのみに回転可能であり、この駆動モータ５０では、反時計回りの方向（ＣＣＷ方向）に回転するように構成されている。

【0055】

（シャフト５１）
図４に示すように、シャフト５１は、円柱状の部材からなる。シャフト５１の軸心は回転軸Ｐに一致している。図３に示すように、シャフト５１は、ハウジング１０の内部に位置する基端部５１ａと、ハウジング１０の上方に突出する先端部５１ｂとを有している。基端部５１ａの上部および下部に、一対のベアリング５４，５４が装着されており、これらベアリング５４，５４を介して、シャフト５１はハウジング１０に回転可能な状態で軸支されている。基端部５１ａの中間部に、ロータ５２がシャフト５１と一体に設けられている。

【0056】

（ロータ５２）
ロータ５２は、円柱形状をしたボス部５２ａと、ボス部５２ａの外周面から放射状に突出する偶数個（本実施形態では６つ）の突極部５２ｂとを有している。ロータ５２にはマグネットは設置されていない。鉄材のみで形成されている。具体的には、ロータ５２は、上述した略星形状をした複数の鉄板（磁性体）を上下方向に積層することによって形成されている。

【0057】

ボス部５２ａの中心に形成されている軸孔に基端部５１ａを圧入することにより、ロータ５２がシャフト５１に固定されている。各突極部５２ｂは、ボス部５２ａの外周面から径方向の外側に向かって突出している。各突極部５２ｂは、周方向に等間隔で配置されている。

【0058】

各突極部５２ｂは、周方向に対向した状態で互いに平行して径方向に延びる一対の突極側面５２１，５２１と、これら突極側面５２１，５２１に連なって円弧状に緩やかに湾曲した突極端面５２２とを有している。突極端面５２２は、突極部５２ｂの突端を構成しており、その２つの隅部には曲面部９１や段差部９０が設けられているが、それについては後述する。各突極部５２ｂには、軸方向に貫通するスリット５２ｃが形成されている。

【0059】

（ステータ５３）
図４に示すように、ステータ５３は、複数の部材で略円環状に構成されている。ステータ５３は、ロータ５２の周囲に所定のエアギャップＧを隔てた状態で、ハウジング１０に設置されている（いわゆるインナーロータ型）。ステータ５３は、ステータコア６０、ステータマグネット６２、インシュレータ７０、およびコイル８０を有している。

【0060】

図５に、コイル８０を省略したステータ５３を示す。図６に、更にインシュレータ７０を省略した状態である、ステータコア６０およびステータマグネット６２を示す。

【0061】

ステータ５３は、環状のバックヨーク部６０ａと、バックヨーク部６０ａから内側に放射状に延びる複数（本実施形態では８つ）のティース部６０ｂと、を有している。各ティース部６０ｂは、周方向に等間隔で配置されている。

【0062】

ティース部６０ｂの幅（周方向の大きさ）は、突端部分を除いて略同じ大きさに形成されている（突端部分の幅は狭い）。各ティース部６０ｂの突端と、ロータ５２の突極部５２ｂの突端との間に、所定の大きさのエアギャップＧが形成されるように、ステータ５３の内径およびロータ５２の外径が設計されている。

【0063】

図６に示すように、ステータコア６０は、上面視（上方から見た場合を意味）が略Ｕ形状をした複数（本実施形態では８つ）の要素コア６１で構成されている。各要素コア６１は、略Ｕ形状をした複数の鉄板（磁性体）を上下方向に積層することによって形成されている。

【0064】

各要素コア６１は、上面視が円弧状の連結コア部６１ａと、連結コア部６１ａの両端から対向状に延出される一対の対向コア部６１ｂ，６１ｂとを有している。連結コア部６１ａは、バックヨーク部６０ａの一部を構成し、各対向コア部６１ｂは、ティース部６０ｂの側部を構成する。

【0065】

すなわち、各要素コア６１は、周方向に等間隔で配置されている。それにより、互いに隣接している２つの要素コア６１，６１の間には、周方向に等間隔で並ぶ一定の空間（界磁スロットＫＳ）が設けられている。それにより、一方の要素コア６１の対向コア部６１ｂは、他方の要素コア６１の対向コア部６１ｂと、この界磁スロットＫＳを隔てて周方向に対向している。

【0066】

これら一対の対向コア部６１ｂ，６１ｂが各ティース部６０ｂの側部を構成しており、界磁スロットＫＳにステータマグネット６２が嵌入されることにより、これら一対の対向コア部６１ｂ，６１ｂとステータマグネット６２とが一体化されて、ティース部６０ｂが構成されている。そして、連結コア部６１ａとステータマグネット６２とが一体化されることにより、バックヨーク部６０ａが構成されている。

【0067】

隣接する２つのティース部６０ｂ，６０ｂの間にも、周方向に等間隔で並ぶ一定の空間（電機子スロットＤＳ）が設けられている。従って、電機子スロットＤＳと界磁スロットＫＳとは、周方向に等間隔で交互に並ぶように配置されている。本実施形態では、電機子スロットＤＳ、界磁スロットＫＳ、ティース部６０ｂ、およびステータマグネット６２は、いずれも８つ（偶数）である。

【0068】

各ステータマグネット６２は、樹脂成分を４０ｖｏｌ．％以上含む異方性のＳｍ－Ｆｅ－Ｎボンド磁石を用いて、略板形状に形成されている。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂボンド磁石よりも比重の小さいＳｍ－Ｆｅ－Ｎボンド磁石を採用することで、駆動モータ５０を軽量化でき、また、異方性の磁石の採用によって磁力を強めることができるため、駆動モータ５０の出力密度の大幅なアップが実現可能となる。更に、絶縁体である樹脂成分を４０ｖｏｌ．％以上とすることで、ステータマグネット６２に生じる渦電流が減少することから、樹脂量を増やしても駆動モータ５０を高効率化できる。

【0069】

各ステータマグネット６２は、その径方向内側の端部よりも径方向外側の端部の方が周方向に幅広く形成されている。すなわち、各ステータマグネット６２は、径方向外側に向かうほど遠ざかる一対の傾斜した矩形の側面６２ａ，６２ａと、幅の狭い矩形の内側端面６２ｂと、幅の広い矩形の外側端面６２ｃと、を有している。側面６２ａの一方がＮ極を構成し、他方の側面６２ａがＳ極を構成している。

【0070】

各ステータマグネット６２は、同じ磁極の側面６２ａが周方向に対向するように配置した状態で、各界磁スロットＫＳに嵌入されている。各ステータマグネット６２の側面６２ａの各々は、隣接している２つの要素コア６１，６１の、対向している各対向コア部６１ｂ，６１ｂと面接触している。各ステータマグネット６２の側面６２ａは、傾斜しているので、傾斜していない場合に比べて、その表面積は大きくなっている。それにより、より強い磁力を生じることが可能になるので、駆動モータ５０を高出力化できる。

【0071】

各ステータマグネット６２の径方向内側の端部（内側端面６２ｂ）は、その両側に位置する対向コア部６１ｂの突端よりも奥方（径方向外側）に位置している。駆動モータ５０の回転時には、ティース部６０ｂの突端と突極部５２ｂの突端との間に、磁路（磁束の流路）が形成されるが、その際、ステータマグネット６２の内側端面６２ｂよりも各対向コア部６１ｂの突端を突出させることで、ステータマグネット６２に向かう磁束、つまりはステータマグネット６２が曝される磁束の量を抑制できる。従って、ステータマグネット６２の不可逆減磁、および渦電流の発生を抑制できる。

【0072】

図５に示すように、円環状に連結されたステータコア６０の周囲には、プラスチック製（絶縁素材）のインシュレータ７０が装着されている。具体的には、ティース部６０ｂの上面、ティース部６０ｂの両側面の一部、バックヨーク部６０ａの一部（電機子スロットＤＳに面する部分）などが、インシュレータ７０によって被覆されている。ティース部６０ｂの突端（エアギャップＧに臨んでいる部分）に位置するステータコア６０は、インシュレータ７０から露出している。

【0073】

図４に示すように、各ティース部６０ｂのインシュレータ７０で被覆されている部分に、コイル８０が設置されている。この駆動モータ５０は、ミニファンモータ２に用いられているため、そのサイズは非常に小さい。コイル８０もそれに応じた微小なサイズとなっている。

【0074】

図７に、コイル８０を示す。コイル８０は、高い磁力を発生でき、かつ、組み立てが容易なように工夫されている。

【0075】

すなわち、各コイル８０は、所定の内法を有するように形成されている。そして、各ティース部６０ｂが、コイル８０の内法に嵌合する外法を有し、各ティース部６０ｂに、所定形状に形成された各コイル８０が装着できるように構成されている。

【0076】

各コイル８０は、銅等の電気導体を絶縁膜で被覆して構成された電線を巻回して形成されている。すなわち、各ティース部６０ｂの両側に位置する電機子スロットＤＳを通じて、各ティース部６０ｂに電線が巻回できるようにコイル８０が形成されている。その電線には、長方形の横断面を有する平角線８０ａが用いられている。平角線８０ａを、その横断面の短辺側に曲げることにより、コイル８０が形成されている（エッジワイズ巻き）。

【0077】

平角線８０ａであれば、隙間無く巻回できるので、丸線に比べて高い占積率が得られる。しかも、エッジワイズ巻きであれば、厚みの小さい短辺側が巻回されていくので、巻回方向（軸方向）におけるコイル８０のサイズも小さくでき、モータ５０の小型化が可能となる。

【0078】

また、平角線８０ａの周方向の側面積を小さく出来ることから、各要素コア６１から漏れ出るフリンジング磁束に平角線８０ａが曝されることで発生する渦電流を抑制でき、モータ５０の高効率化ができる。更に、短辺側が小さくても、長辺側を大きくすることで、平角線８０ａの断面積を大きく、つまり電線を太くできる。従って、大きな電流を流すことができるので、高い磁力を発生できる。

【0079】

各ティース部６０ｂに装着された各コイル８０の端部は、絶縁膜が除かれた状態で、基板４０の所定の端子に接続されている。基板４０には、バッテリー８から電力が供給されている。基板４０には、その電力を切り替える複数のスイッチング素子が設置されていて、これらスイッチング素子を制御部９が制御することにより、各コイル８０には、所定の電流（交流）が供給されるようになっている。

【0080】

この駆動モータ５０の場合、Ａ相およびＢ相からなる２相の異なるコイル８０群が構成されている。図４に模様別で示すように、Ａ相およびＢ相の各コイル８０群は、周方向に交互に並ぶように配置されている。これら各相のコイル８０群に、位相の異なる２つの電流（交流）が供給される。

【0081】

誘起電圧の変化などから、ステータ５３に対するロータ５２の回転位置が検出され、その回転位置に基づいて、各コイル８０群への通電状態を切り替える制御が行われる。それにより、ステータ５３に、ロータ５２を回転させる磁界（回転磁界）が形成される。その回転磁界と、各ステータマグネット６２によって磁化された突極部５２ｂとの磁気的な吸引力（マグネットトルク）により、ロータ５２は、反時計回りに回転する。

【0082】

この駆動モータ５０では、突極部５２ｂの個数、および、突極部５２ｂの個数と電機子スロットＤＳの個数との差、の各々が偶数とされている。それにより、回転軸Ｐに対して、磁気構造が点対称となるため、偏心回転が防止できる。従って、駆動時の騒音や振動を抑制できる。

【0083】

（ロータ５２およびステータ５３の細部構造）
モータの高出力化、低振動化を目的として、ロータやステータのティース部（突極部）の突端に、突起や凹みを設けることは知られている。

【0084】

そこで、本発明者らは、駆動モータ５０の小型軽量化、高出力化を促進し、更に低振動化も図るべく、ロータ５２の突極部５２ｂの突端、およびステータ５３のティース部６０ｂ（対向コア６１ｂ）の突端の形状について検討した。

【0085】

ところが、フラックススイッチングモータの場合、ステータマグネット６２から突極部５２ｂに磁束が流れるので、高出力化と低振動化とを両立させることは難しく、様々な磁気解析を行った。その結果、フラックススイッチングモータでも、特定の条件を満たすことで、高出力化と低振動化とが両立できることを見出した。

【0086】

図８に、その条件を適用した駆動モータ５０の要部を示す。ロータ５２の突極部５２ｂの突端の形状に関しては、その２つの隅部Ｃｒ１，Ｃｒ２のうち、回転方向側に位置している隅部Ｃｒ１には、回転方向に向かってエアギャップＧを一様に増加させる段差部９０が形成されている。そして、その反回転方向側に位置している隅部Ｃｒ２には、反回転方向側に向かってエアギャップＧを漸増させる曲面部９１が形成されている。

【0087】

段差部９０は、回転方向側の隅部Ｃｒ１を構成している突極端面５２２を薄くカットすることによって形成されている。段差部９０には、突極端面５２２から一段下がる略平坦な段差面が形成されている。従って、突極端面５２２でのエアギャップＧよりも段差部９０でのエアギャップＧの方が僅かに大きい。

【0088】

このような段差部９０を、突極部５２ｂの回転方向側の隅部Ｃｒ１に設けることで、この駆動モータ５０は、２相でありながら、始動時の安定性の確保、ＣＣＷ方向への回転方向の一律化が可能になっている。なお、駆動モータ５０が３相である場合は、この段差部９０は必須ではない。

【0089】

曲面部９１は、反回転方向側の隅部Ｃｒ２を構成している突極側面５２１を薄くカットするとともに、隅部Ｃｒ２の角を丸めることによって形成されている。従って、曲面部９１でのエアギャップＧは、反回転方向に向かうに従って、突極端面５２２のエアギャップＧから徐々に増加した後、急増するように構成されている。なお、曲面部９１の主体は丸められた隅部Ｃｒ２であるため、突極側面５２１のカットされた段差は省略してもよい。

【0090】

このような曲面部９１を、突極部５２ｂの反回転方向側の隅部Ｃｒ２に設けることで、突極部５２ｂがステータ５３のティース部６０ｂから離れていく時に、エアギャップＧが徐々に増加して、ステータマグネット６２から突極部５２ｂに流れる磁束の密度が減少していくので、負のトルクおよびリップルを低減できる。段差部９０や曲面部９１を設けることで、ロータ５２の鉄量が削減されるので、軽量化も図れる。

【0091】

ステータ５３のティース部６０ｂの突端の形状に関しては、一対の対向コア部６１ｂ，６１ｂの両突端における４つの隅部Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ３，Ｃｓ４のうち、電機子スロットＤＳに臨んで回転方向側および反回転方向側に位置している各隅部Ｃｓ１，Ｃｓ４、並びに、界磁スロットＫＳに臨んで反回転方向側に位置している隅部Ｃｓ２の３箇所に、周方向に突出する鍔部９２が設けられている。つまり、界磁スロットＫＳに臨んで回転方向側に位置している隅部Ｃｓ３を除く、３箇所の隅部Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ４にのみ鍔部９２が設けられている。

【0092】

これら隅部Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ３，Ｃｓ４に鍔部９２をもうけるパターンは複数あるが、本発明者らが磁気解析を行った結果、この３箇所Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ４に設けるパターンが、高出力化および低振動化を図るのに最適であることを見出した。

【0093】

（磁気解析の概要）
図９に、磁気解析を行った主なパターンを示す。同図の（ａ）は、一対の対向コア部６１ｂ，６１ｂの両突端における４つの隅部Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ３，Ｃｓ４に鍔部９２を設けるパターンであり（鍔部９２が４箇所、比較例１）、同図の（ｂ）は、本実施形態のパターンであり（鍔部９２が３箇所、実施例）、同図の（ｃ）は、一対の対向コア部６１ｂ，６１ｂの両突端における４つの隅部Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ３，Ｃｓ４のうち、反回転方向側の各隅部Ｃｓ２，Ｃｓ４に鍔部９２を設けるパターン（鍔部９２が２箇所、比較例２）である。

【0094】

図１０に、これら３つのパターンで、平均トルク（ｍＮｍ）とリップル率（％）とを比較した表を示す。平均トルクの数値の大小によって出力が評価でき、リップル率の数値の大小によって振動が評価できる。なお、図１０では、具体的な数値を記号に置き換えて示している（二重丸印＞丸印＞三角印＞バツ印）。

【0095】

図１０の表に示すように、実施例は、平均トルクおよびリップル率ともに、比較例１，比較例２よりも優れていた。実施例は、比較例１と比べると、特にリップル率に関して優れており、比較例２と比べると、特に平均トルクに関して優れていることが確認された。

【0096】

図１１Ａに、所定の電気角における実施例および比較例１の各要部のコンター図を簡略化して示す。破線は磁束密度の等値線を表しており、線が太いほどその値は高くなっている。

【0097】

比較例１では、界磁スロットＫＳに臨む回転方向側の隅部Ｃｓ３に設けられた鍔部９２に起因して、その隅部Ｃｓ３の磁束密度が高くなっている。一方、界磁スロットＫＳに臨む回転方向側の隅部Ｃｓ３に鍔部９２の無い実施例では、比較例１ほどの磁束密度の増加は認められない。

【0098】

比較例１では、鍔部９２の存在により、突極部５２ｂの隅部Ｃｒ２に曲面部９１が形成されていても、エアギャップＧが小さくなる。そのため、ステータマグネット６２から突極部５２ｂに流れる磁束の密度が増加し、負のトルクおよびリップルが低減できない。

【0099】

対して、実施形態では、突極部５２ｂの隅部Ｃｒ２に形成された曲面部９１によってエアギャップＧが徐々に大きくなっていくので、ステータマグネット６２から突極部５２ｂに流れる磁束の密度が低下し、負のトルクおよびリップルを効果的に抑制できる。その結果、図１０に示すように、実施例では、比較例１に比べて、高出力化、低振動化が実現可能となっている。

【0100】

図１１Ｂに、図１１Ａと同様に、所定の電気角における実施例および比較例２の各要部のコンター図を簡略化して示す。

【0101】

実施例では、電機子スロットＤＳに臨む回転方向側の隅部Ｃｓ１に設けられた鍔部９２に起因して、その隅部Ｃｓ１の磁束密度が高くなっている。一方、電機子スロットＤＳに臨む回転方向側の隅部Ｃｓ１に鍔部９２の無い比較例２では、実施例ほどの磁束密度の増加は認められない。

【0102】

実施例では、鍔部９２の存在により、段差部９０によってエアギャップＧが拡大していても、ステータマグネット６２から突極部５２ｂに流れる磁束の密度が増加し、正のトルクが増加する。その結果、図１０に示すように、実施例では、比較例２に比べて、高出力化、低振動化が実現可能となっている。

【0103】

このような磁気解析の結果に基づき、上述したように、ロータ５２の突極部５２ｂの突端、およびステータ５３のティース部６０ｂ（対向コア部６１ｂ）の突端が形成されているので、フラックススイッチングモータである駆動モータ５０でも、小型軽量化、高出力化の向上と共に、低振動化も可能になっている。

【0104】

＜変形例＞
図１２に、駆動モータ５０の変形例を示す。本変形例の駆動モータ５０では、４つの突極部５２ｂを有するロータ５２が用いられている。コイル８０は８つであるが、この駆動モータ５０では、１つの電流（交流）の通電状態を切り替えることで、回転磁界を形成する（いわゆる単相）。

【0105】

ミニファンモータ２の場合、５００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転、さらには１０００００ｒ／ｍｉｎ以上の超高速回転が求められる。突極部５２ｂが多いとそれだけ、１回転の間に行われる通電切替制御が増加する。そのため、回転数が大幅に高くなると、通電切替制御が煩雑になり、制御が不安定になったり制御不能になったりするおそれがある。従って、突極部５２ｂが少ない本変形例の駆動モータ５０は、超高速回転に有利である。

【0106】

なお、開示する技術にかかるフラックススイッチングモータ等は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

【0107】

例えば、上述した実施形態では、スティック型の掃除機への適用例を示したが、開示する技術が適用できるのは、それに限らない。例えば、ジューサーミキサーやフードプロセッサーなどその他の家電製品、ロボット等の駆動にも適用できる。

【0108】

コイルの電線は平角線が好ましいが、それに限るものではない。通常の丸線であってもよい。

【0109】

上述した実施形態では、二相８スロット６突極のフラックススイッチングモータを示した。そして、変形例では、単相８スロット４突極のフラックススイッチングモータを示したが、開示するフラックススイッチングモータは、これら相数、スロット数、突極数に限らない。例えば、三相１２スロット１０突極のフラックススイッチングモータであってもよい。

【符号の説明】

【0110】

１ 掃除機
２ ファンモータ
３ 吸込部
１０ ハウジング
２０ インペラ
３５０ 駆動モータ
５２ ロータ
５２ａ ボス部
５２ｂ 突極部
５２１ 突極側面
５２２ 突極端面
５２ｃ スリット
５３ ステータ
６０ ステータコア
６０ａ バックヨーク部
６０ｂ ティース部
６１ 要素コア
６１ａ 連結コア部
６１ｂ 対向コア部
６２ ステータマグネット
６２ａ 側面
６２ｂ 内側端面
６２ｃ 外側端面
７０ インシュレータ
８０ コイル
８０ａ 平角線
９０ 段差部
９１ 曲面部
９２ 鍔部
Ｐ 回転軸
Ｇ エアギャップ
ＫＳ 界磁スロット
ＤＳ 電機子スロット
Ｃｒ１，Ｃｒ２ 隅部（突極部）
Ｃｓ１～Ｃｓ４ 隅部（ティース部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】